互连结构的形成方法技术

一种互连结构的形成方法，包括：提供半导体基底，所述半导体基底表面形成有介质层；在所述介质层中形成开口，所述开口底部露出所述半导体基底表面；在所述开口内形成填充满开口的金属层，所述金属层表面与介质层顶部平齐；向所述金属层和介质层表面通入含甲基的锗烷气体，对金属层表面进行锗化处理，形成金属帽层；在所述金属帽层和所述介质层表面形成介质帽层。本发明专利技术提供的互连结构的形成方法，在提高互连结构抗电迁移能力的同时，能有效减少互连结构介质层受到的损伤，减小互连结构的RC延迟，提高互连结构的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制作领域，特别涉及互连结构的形成方法。
技术介绍
随着半导体技术的发展，超大规模集成电路芯片的集成度已经高达几亿乃至几十亿个器件的规模，两层以上的多层金属互连技术广泛使用。传统的金属互连是由铝金属制成的，但随着集成电路芯片中器件特征尺寸的不断减小，金属互连线中的电路密度不断增加，要求的响应时间不断减小，传统的铝互连线已经不能满足要求，铜互连技术逐渐取代铝互连技术。与铝相比，铜具有更低的电阻率及更高的抗电迁移特性，可以降低互连线的电阻电容（RC）延迟，改善电迁移，提高器件稳定性。但是，铜互连技术也有其缺陷。金属铜具有高迁移率，铜在硅及其氧化物以及大部分介质中扩散非常快。且一旦铜扩散进入半导体衬底或介质层中，会影响器件的少数载流子寿命和结的漏电流，增大互连结构路的电迁移，引起电路失效，可靠性下降。与铝互连不同（铝互连由于铝原子沿晶粒边界的扩散而失效），铜互连电迁移失效模式沿着表面和界面的扩散控制。在铜互连层表面形成介质帽层，所述介质帽层的形成，一定程度上可以阻挡铜扩散。由于互连结构中的金属铜与介质帽层间的附着力较差，仍会导致铜扩散至其周围的介质层中，造成铜互连电迁移效应增大，相邻的互连线之间的击穿电压降低，引发器件的可靠性问题。常用的解决方法是形成金属帽层来覆盖金属层，所述金属帽层位于金属层和介质帽层之间，以提高互连结构的金属层与介质帽层的粘附性，改善电迁移率，提高器件可靠性。r>然而现有技术形成互连结构的工艺，对互连结构的介质层会造成一定程度的损伤，导致介质层的介电常数增大，从而造成互连结构的RC延迟变大，互连结构的可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是采用一种优化的互连结构的形成方法，减少互连结构形成工艺对介质层造成的损伤，减小互连结构的RC延迟，提高互连结构的可靠性。为解决上述问题，本专利技术提供一种互连结构的形成方法，包括：提供半导体基底，所述半导体基底表面形成有介质层；在所述介质层中形成开口，所述开口底部露出所述半导体基底表面；在所述开口内形成填充满开口的金属层，所述金属层表面与介质层顶部平齐；向所述金属层和介质层表面通入含甲基的锗烷气体，对金属层表面进行锗化处理，形成金属帽层；在所述金属帽层和所述介质层表面形成介质帽层。可选的，所述含甲基的锗烷气体为二甲基锗烷、三甲基锗烷或四甲基锗烷。可选的，所述锗化处理工艺参数为：向反应腔室内通入含甲基的锗烷气体的流量为500sccm至1500sccm，反应腔室压强为0.1毫托至100托，反应温度为150度至400度，处理时间为5秒至300秒。可选的，所述锗化处理完成后，还包括步骤：向所述金属帽层表面通入NH3进行氮化处理。可选的，所述金属帽层的材料为CuGe或CuGeN中的一种或两种。可选的，所述金属帽层的厚度为10埃至100埃。可选的，在进行所述锗化处理前，还包括步骤：采用等离子体处理金属层表面。可选的，形成所述等离子体的气体为NH3或N2中的一种或两种。可选的，所述等离子体处理金属层表面的工艺参数为：反应腔室内压强1托至20托，处理功率为100瓦至1000瓦，NH3或N2流量为100sccm至1000sccm，处理时间为10秒至120秒。可选的，所述介质帽层的材料为SiCN、SiN或SiC中的一种或几种。可选的，所述介质层为单层结构或多层结构。可选的，所述介质层为单层结构时，所述介质层包括位于半导体基底表面的电介质层；所述介质层为双层结构时，所述介质层包括：位于半导体基底表面的刻蚀停止层和位于刻蚀停止层表面的电介质层。可选的，所述电介质层的材料为SiO2或低k介质材料。可选的，所述低k介质材料为SiCOH、FSG、BSG、PSG或BPSG中的一种或几种。可选的，所述金属层为单层结构或多层结构。可选的，所述金属层为单层结构时，所述金属层包括位于开口底部和侧壁的金属体层；所述金属层为多层结构时，所述金属层包括：位于开口底部和侧壁的阻挡层、位于阻挡层表面的籽晶层和位于籽晶层表面的金属体层。可选的，所述阻挡层的材料为Ti、Ta、W、TiN、TaN、TiSiN、TaSiN、WN或WC中的一种或几种。可选的，所述金属体层的材料为Cu。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的实施例中，对所述金属层和介质层表面进行锗化处理，形成金属帽层。所述金属帽层可以阻挡互连结构中的Cu扩散至介质层，所述金属帽层还可以阻挡空气中的O2扩散进入互连结构中；所述金属帽层还可以为后续形成的介质帽层提供良好的界面态，有助于提高阻挡Cu扩散和O2扩散的能力，提高互连结构的抗电迁移特性。进一步的，所述锗化处理工艺中通入的气体为含甲基的锗烷，含甲基的锗烷作为形成金属帽层的反应气体的同时，还可以起到修复和保护介质层的作用，提高互连结构的可靠性，降低互连结构的RC延迟。这是由于，介质层的材料为低k介质材料时，所述低k介质材料多为含有甲基团的多孔疏松的材料，形成互连结构的刻蚀或CMP等工艺，会消耗介质层中的甲基团，导致介质层内部结构发生改变，互连结构的介电常数增大，互连结构的RC延迟增大。而本专利技术实施例中，含甲基的锗烷分解形成甲基团，所述甲基团可以弥补介质层中被消耗的甲基团；含甲基的锗烷分解形成的甲基团包覆在介质层表面，可以保护介质层不被后续互连结构的形成工艺造成损伤，减小介质层受到损伤的概率，降低互连结构的RC延迟，互连结构的可靠性也得到提高。再进一步的，本专利技术的实施例中，所述金属帽层的材料为CuGe或CuGeN中的一种或两种，避免金属帽层形成工艺对互连结构造成损伤，提高互连结构的可靠性。这是由于，CuGe的稳定性高，Ge不易脱离Cu-Ge键的束缚扩散至互连结构的金属层中，因此，不需要提供足量的等离子体NH3进行氮化处理，以保证CuGe全部转化为CuGeN，避免过多的等离子NH3轰击介质层，减少了介质层受到的损伤。更进一步的，所述金属帽层的材料为CuGe或CuGeN中的一种或两种，可以降低互连结构的整体电阻值，从而减小互连结构的RC延迟。这是因为，相较于传统的金属帽层材料CuSi（电阻率为50Ω.cm）和CuSiN，CuGe具有很低的电阻率（电阻率为6Ω.cm），更低的电阻率有利于减小互连结构的RC延迟。附图说明图1至图5为本专利技术一实施例互连结构形成过程的剖面示意图；图6至图17为本专利技术另一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互连结构的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体基底，所述半导体基底表面形成有介质层；在所述介质层中形成开口，所述开口底部露出所述半导体基底表面；在所述开口内形成填充满开口的金属层，所述金属层表面与介质层顶部平齐；向所述金属层和介质层表面通入含甲基的锗烷气体，对金属层表面进行锗化处理，形成金属帽层；在所述金属帽层和所述介质层表面形成介质帽层。

【技术特征摘要】
1.一种互连结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体基底，所述半导体基底表面形成有介质层；
在所述介质层中形成开口，所述开口底部露出所述半导体基底表面；
在所述开口内形成填充满开口的金属层，所述金属层表面与介质层顶部
平齐；
向所述金属层和介质层表面通入含甲基的锗烷气体，对金属层表面进行
锗化处理，形成金属帽层；
在所述金属帽层和所述介质层表面形成介质帽层。
2.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述含甲基的
锗烷气体为二甲基锗烷、三甲基锗烷或四甲基锗烷。
3.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述锗化处理
工艺参数为：向反应腔室内通入含甲基的锗烷气体的流量为500sccm至
1500sccm，反应腔室压强为0.1毫托至100托，反应温度为150度至400
度，处理时间为5秒至300秒。
4.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述锗化处理
完成后，还包括步骤：向所述金属帽层表面通入NH3进行氮化处理。
5.根据权利要求4所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述金属帽层
的材料为CuGe或CuGeN中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述金属帽层
的厚度为10埃至100埃。
7.根据权利要求1所述的互连结构的形成方法，其特征在于，在进行所述锗
化处理前，还包括步骤：采用等离子体处理金属层表面。
8.根据权利要求7所述的互连结构的形成方法，其特征在于，形成所述等离
子体的气体为NH3或N2中的一种或两种。
9.根据权利要求8所述的互连结构的形成方法，其特征在于，所述等离子体
处理金属层表面的工艺参数为：反应腔室内压强1托至20托...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓浩，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31